JP4131782B2 - インクジェットプリント装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にインクジェットプリントに関し、より詳細には、様々なプリント解像度のインク滴発生器(ink drop generator)を有する薄膜インクジェットプリントヘッドに関する。さらに詳細には、ノズル列の間でノズルの中心間距離が異なるプリントヘッドを備えたインクジェットプリント装置およびその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットプリントの技術は、比較的よく開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィックスのプロッタ、およびファクシミリ等の市販品においては、インクジェット技術が実施されていて、プリント媒体にプリントを作成する。ヒューレット・パッカード社のインクジェット技術は、例えば、Hewlett−Packard Journal、Vol.36,No.5(May 1985)、Vol.39,No.5(October 1988)、Vol.43,No.4(August 1992)、Vol.43,No.6(December 1992)、およびVol.45,No.1(February 1994)における様々な論文において説明されている。これらの技術は、それらを参照することによって、すべて本明細書に組み込まれる。
【0003】
一般的に、インクジェット画像は、インクジェットのプリントヘッドとして知られているインク滴発生装置が放出するインク滴をプリント媒体上に正確に配置することによって、形成される。通常、インクジェットのプリントヘッドは、プリント媒体表面の上方を横切る可動のプリントキャリッジ上に支持され、マイクロコンピュータ、またはその他の制御装置の命令に従って適切な時点でインク滴を噴出するように制御されており、インク滴を施すタイミングは、プリント中の画像の画素パターンに対応するようになっている。これら技術は、それらを参照することによって、すべて本明細書に組み込まれる。
【0004】
典型的なヒューレット・パッカード社のインクジェットのプリントヘッドは、インクバリア層12に取り付けられたオリフィス板13内に正確に形成したノズル21のアレーを含む。インクバリア層12は、インク発射ヒータ抵抗器および該抵抗器を作動させる装置を実施する、薄膜基礎構造に付設されている。インクバリア層は、関連するインク発射抵抗器の上方に配置されたインクチャンバを含むインクチャネルを画定しており、オリフィス板内のノズルは、関連するインクチャンバと整列している。インクチャンバと、薄膜基礎構造と、オリフィス板のインクチャンバに隣接する部分とによって、インク滴発生器領域が形成されている。
【0005】
薄膜基礎構造は通常、シリコン等の基板から成っており、基板の上には、薄膜インク発射抵抗器、該抵抗器を作動させる装置、およびプリントヘッドへの外部電気接続用に設けられた接合パッドへの相互接続を形成する、様々な薄膜層が形成されている。インクバリア層は通常ポリマー材料であり、このポリマー材料は、ドライフィルムとして薄膜基礎構造に積層されており、光によって画定可能で(photodefinable)、紫外線または熱によっても硬化するように設計されている。スロット供給設計のインクジェットのプリントヘッドにおいては、インクは、1つまたはそれよりも多いインク槽から、基板内に形成された1つまたはそれよりも多いインク供給スロットを通って、様々なインクチャンバに供給される。
【0006】
オリフィス板、インクバリア層および薄膜基礎構造の配置の一例が、上述のHewlett−Packard Journal,February 1994の第44頁に示されている。インクジェットのプリントヘッドの更に別の例については、本願の出願人に譲渡されている米国特許番号第4,719,477号および5,317,346号に説明されており、これらは、それを参照することによって本明細書に組み込まれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜インクジェットのプリントヘッドについて考慮すべき事柄は、例えば、用いるインク滴発生器および/またはインク供給スロットが多くなるにつれて、基板の大きさおよび/または基板の脆弱性が増大してしまう、ということである。従って、コンパクトで、かつインク滴発生器を多数有する、改良したインクジェットのプリントヘッドが要求されている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プリントヘッド基板と、該プリントヘッド基板内に形成され、基準軸に沿って第1の所定の中心間距離を有する第1の複数のインク滴発生器と、前記プリントヘッド基板内に形成され、前記基準軸に沿って第2の所定の中心間距離を有する第2の複数のインク滴発生器とを備えたインクジェットのプリントヘッドに向けられている。
【0009】
当業者であれば、以下の詳細な説明を図面と共に読めば、本発明の利点および特徴を容易に理解できよう。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な説明、および図面において、同じ要素は同じ参照番号で示す。
【0011】
図1および図2は、正確な縮尺率で描いたものではないが、本発明を用いることができるインクジェットのプリントヘッドの平面図と一部の拡大斜視図を示す。このインクジェットのプリントヘッドは一般的に、(a)シリコン等の基板と、様々な薄膜層をその上に形成した薄膜基礎構造すなわちダイ11と、(b)薄膜基礎構造11上に配置したインクバリア層12と、(c)インクバリア層12の上に薄層状に取り付けた、オリフィス板すなわちノズル板13とを含む。
【0012】
薄膜基礎構造11は、従来の集積回路技術に従って形成され、内部に形成された薄膜ヒータ抵抗器56を含む。インクバリア層12は、ドライフィルムで形成されている。このドライフィルムは、熱および圧力によって薄膜基礎構造11に積層され、光によって画定されて、内部にインク発射チャンバ(以下インクチャンバという)19およびインクチャネル29が形成される。インクチャンバ19とインクチャネル29は、ヒータ抵抗器56が形成される抵抗器領域の上方に配置される。薄膜基礎構造11の両端には、外部電気接続と係合可能な金の接合パッド74が配置されており、パッド74は、インクバリア層12で覆われてはいない。1例として、インクバリア層の材料には、米国デラウェア州ウィルミントン市のイー・アイ・デュポン社から入手可能な「Parad」印のアクリル樹脂をベースにしたフォトポリマーのドライフィルム等が含まれる。同様のドライフィルムには、「Riston」印のドライフィルム等のデュポン製品や、他の化学メーカが製造するドライフィルムが含まれる。オリフィス板13は例えば、ポリマー材料を含み、内部にレーザ切断(laser ablation)によってオリフィスが形成される、平らな基板を含む。レーザ切断によるオリフィスの形成は、例えばそれを参照することによって本明細書に組み込まれる、本願の出願人に譲渡されている米国特許番号第5,469,199号に開示されたとおりに行われる。オリフィス板13は、ニッケル等のめっき金属を含んでもよい。
【0013】
図3に示すように、インクバリア層12におけるインクチャンバ19は、より詳細には、それぞれのインク発射抵抗器56の上方に配置されており、それぞれのインクチャンバ19は、インクバリア層12に形成されたチャンバ開口部の相互接続された壁によって画定されている。インクチャネル29は、インクバリア層12に形成された開口部によって形成されており、インクチャンバ19と一体的につながっている。図1、図2および図3は、1例としてスロット供給のインクジェットのプリントヘッドを示しており、このプリントヘッドにおいて、インクチャネル29は、薄膜基礎構造内に形成されたインク供給スロットに向かって開いており、それによって、供給路を形成している。
【0014】
オリフィス板13は、インクチャンバ19の上方に配置されたオリフィスまたはノズル21を備えており、インク発射抵抗器56、関連するインクチャンバ19、および関連するオリフィス21が整列して配置されて、インク滴発生器40を形成している。
【0015】
上述したプリントヘッドは、インクバリア層12と、それとは別個のオリフィス板13とを有するものを説明したが、これは、多数の露光工程で露光し現像した単一のフォトポリマー層を用い、一体的なバリア/オリフィス構造を有するプリントヘッドにすることができる。
【0016】
インク滴発生器40は、基準軸Lに関して直角な方向に互いに間隔を置いて配置した4つの列状(columnar)のアレーすなわちグループ61、62、63、64として配置されている。それぞれのインク滴発生器グループのヒータ抵抗器56は、基準軸Lの方向に略整列しており、基準軸Lに沿って所定の中心間距離すなわちノズルピッチ(P1またはP2。ノズルピッチについては、本明細書において更に説明する。)を有する。2つのインク滴発生器グループ61、64がそれぞれ、薄膜基礎構造11の向かい合う両縁51、52に隣接して配置されている。
2つのインク滴発生器グループ62、63が薄膜基礎構造11の中央部、すなわち外側寄りのグループであるインク滴発生器グループ61とインク滴発生器グループ64との間の、中央寄りに配置されている。
1例として、薄膜基礎構造11は長方形であり、その向かい合う縁(対辺)51、52は、長い寸法の長手方向の縁であり、向かい合う縁(対辺)53、54は、プリントヘッドの長さよりも短い幅方向の縁である。長手方向の縁51、52は、基準軸Lと平行であってもよい。使用にあたって、基準軸Lは、一般的に媒体前進軸と呼ばれるものと整列していてもよい。
【0017】
インク滴発生器グループのインク滴発生器40は、略同一直線上にあるように示しているが、インク滴発生器グループのうちのいくつかのインク滴発生器40は、例えば発射遅延を補償するために、その列の中心線からわずかにずれていてもよい。
【0018】
それぞれのインク滴発生器40がヒータ抵抗器56を備えている場合、それに応じてヒータ抵抗器56は、インク滴発生器40に対応するグループすなわちアレーになるよう配置される。便宜上、ヒータ抵抗器56のアレーすなわちグループを、同じ参照番号61、62、63、64で呼ぶものとする。
【0019】
外側寄りのグループ61のインク滴発生器40は、薄膜基礎構造11の縁51に隣接しており、基準軸Lに沿った中心間距離(すなわちノズルピッチ)はP1である。外側寄りのグループ64のインク滴発生器40もまた、中心間距離はP1である。中央寄りのグループ62のインク滴発生器40の、基準軸Lに沿った中心間距離P2は、中心間距離P1とは異なっており、中央寄りのグループ63のインク滴発生器40もまた、中心間距離はP2である。言い換えれば、グループ61、64のインク滴発生器40は、グループ62、63のインク滴発生器40と比較して、基準軸Lに沿ってそのグループ内で互いの間隔がより狭くまたはより広くなっている。
【0020】
1例として、中心間距離P2は、中心間距離P1の2倍であり、グループ62のインク滴発生器40は、グループ63のインク滴発生器40に関して、基準軸Lに沿って互い違いに配置されており、グループ62、63のインク滴発生器の組み合わせ中心間距離PCが、中心間距離P1と略等しくなっている。一般的に、グループ62、63を組み合わせたものの基準軸Lに沿った複合中心間距離PCが、外側寄りのグループ61、64の中心間距離すなわちノズル距離P1の整数倍になるように、グループ62、63のそれぞれのインク滴発生器40の中心間距離P2を選択することができる。
【0021】
インク滴発生器の上述の配置は、図1、図2および図3に示すようなスロット
供給のみのプリントヘッドにおいて実施することができ、また、図4に示した縁供給およびスロット供給のプリントヘッドにおいて実施することができる。すなわち、中央寄りのインク滴発生器グループ62、63は、同じインク供給スロット72からインクを受け取り、従って同じカラーのインク滴を作成する。一方、外側寄りのグループ61、64は、異なるスロット71、73または異なる外側の縁51、52のどちらからインクを受け取ってもよく、インク滴発生器グループ61、64は、それぞれ異なるカラーまたは同じカラーのインク滴を作成することができる。
1例として、プリントヘッドの製造時に、グループ62、63のインク滴発生器40の配置および/または整列が、外側寄りのグループ61、64のインク滴発生器40の配置および/または整列ほど正確ではないのであれば、グループ62、63のインク滴発生器40を、シアン・イエロー・マゼンタのカラーシステムにおけるイエロー等、眼の分解能においてドットサイズのしきい値が大きい色の滴を作成するように構成してもよい。イエローのドットのドット配置エラーは目立ちにくいので、このようにして、ドット配置エラーが大きくなる傾向があるインク滴発生器によって、イエローのドットを作成する。
【0022】
図1、図2および図3のプリントヘッドの薄膜基礎構造11は、より詳細には、基準軸Lに整列し基準軸Lに関して直角な方向に互いに間隔を置いて配置した、インク供給スロット71、72、73を備えている。インク供給スロット72は、中央寄りのインク滴発生器グループ62とインク滴発生器グループ63との間に配置されており、インクをこれらのインク滴発生器グループに供給する。一方、インク供給スロット71、73はそれぞれ、外側寄りのインク滴発生器グループ61と外側寄りのインク滴発生器グループ64よりも中央寄りに配置されており、それぞれ、隣接する外側寄りのインク滴発生器グループ61、64のインク滴発生器40のみにインクを供給する。すなわち、インク供給スロット71は、インク滴発生器グループ61とインク滴発生器グループ62との間に配置されているが、薄膜基本構造11の縁51に隣接する外側寄りのインク滴発生器グループ61のみと液通している。同様に、インク供給スロット73は、インク滴発生器グループ64とインク滴発生器グループ63との間に配置されているが、薄膜基本構造11の縁52に隣接するインク滴発生器グループ64のみと液通している。言い換えれば、インク供給スロット72は両縁すなわち両面の供給インクスロットであり、外側寄りのインク供給スロット71、73はそれぞれ、片縁すなわち片面の供給インクスロットである。
【0023】
薄膜基本構造11は更に、横方向に最も外側のインク供給スロット71と中央寄りのインク滴発生器グループ62との間に配置された第1の回路領域81と、他方の横方向に最も外側のインク供給スロット73と中央寄りのインク滴発生器グループ63との間に配置された第2の回路領域82とを備える(図1参照)。第1の回路領域81は、中央寄りのインク滴発生器グループ62用の駆動回路(例えば、駆動トランジスタおよび/または相互接続ライン)に利用でき、第2の回路領域82は、中央寄りのインク滴発生器グループ63用の駆動回路に利用できる。
【0024】
次に図4に示すように、インク滴発生器40の上述のレイアウトを、縁供給およびスロット供給のプリントヘッドにおいて実施することができる。外側寄りのインク滴発生器グループ61、64内へと通じるインクチャネル19は、薄膜基本構造11の長手方向の縁51、52に向かって開いている。縁供給のプリントヘッドの例については、それを参照することによって本明細書に組み込まれる、本願の出願人に譲渡されている米国特許番号第5,604,519号、第5,638,101号および第3,568,171号に開示されている。中央寄りのインク滴発生器グループ62、63は、両者の間に配置されたインク供給スロット72からインクを受け取る。
【0025】
上述したインクジェットのプリントヘッドのインク滴発生器40のレイアウトと、インクジェットのプリントヘッドのインク供給スロットのレイアウトとによって、薄膜基本構造の脆弱性が回避され、強固でコンパクトな薄膜基本構造を提供できる。薄膜基本構造の縁51、52とスロット71、73との間の構造、およびスロット71、72、73の間の構造があるからである。
図5を特に参照して、薄膜基本構造11のレイアウトは更に、プリントヘッドをプリントカートリッジ本体90の岬領域(haedland area)91(図6)に取り付けるのに最適なインタフェース領域83を、薄膜基本構造11の下側に備えている。インタフェース領域83は、より詳細には、プリントヘッドをプリントカートリッジ本体90の岬領域91に取り付けるのに用いる接着剤に接触できる、薄膜基本構造11の下側の領域である。インタフェース領域83は、より詳細には、互いに近接する細長い閉ループを含む。これらの閉ループは、薄膜基本構造11の下面上のスロット71、72、73の開口部を取り囲んでいる。プリントカートリッジ90の岬領域91は、より詳細には、インクスロット93を取り囲み、薄膜基本構造11の下側のインタフェースパターン83に整合しており、薄膜基本構造11の下側に接着剤によって取り付けられる、フランジ95を備える。例えば、岬領域91のフランジ95上に接着剤のビードが形成され、次に、インタフェースパターン83が岬91のフランジ95と整列した状態で、プリントヘッドを岬91上に押しつける。このようにして、カートリッジ本体90のインクスロット93、接着剤およびプリントヘッドのインク供給スロットが、プリントカートリッジ本体90内の槽から、インクジェットのプリントヘッドのインクチャネルにインクを運ぶそれぞれの管路を、効果的に形成する。
【0026】
次に図7に、上述のプリントヘッドを用いることができるインクジェットプリント装置20の一例の概略斜視図を示す。インクジェットプリント装置20は、シャシ122を備える。このシャシ122は、プラスチック材料でできた、ハウジングすなわち封入容器124によって取り囲まれている。シャシ122は、例えばシートメタルで形成されており、垂直パネル122aを備えている。プリント前のプリント媒体を保管しておく送りトレイ128を備えた適応プリント媒体取り扱いシステム126によって、プリント媒体のシートがプリントゾーン125を通って個別に送られる。プリント媒体は、紙、カード用紙、透明シート、マイラー等、プリント可能ないかなるタイプのシート材料であってもよい。便宜上、図示の実施形態においては、プリント媒体として紙を用いるものとして説明する。ステッパモータによって駆動される駆動ローラ129を備えた、モータで駆動する従来技術の一連のローラを用いて、プリント媒体を送りトレイ128からプリントゾーン125内に動かしてもよい。プリント後、駆動ローラ129はプリントしたシートを一対の格納式出力乾燥ウイング部材130上に送る。ウイング部材130は、プリント後のシートを受け取るように伸ばした状態で示している。図においてウイング部材130は、新しくプリントしたシートを、出力トレイ132において乾燥させている前にプリントしたシートの上方で、短時間保持する。ウイング部材130はその後、曲線状の矢印133で示すように枢転して両側に格納され、その新しくプリントしたシートを出力トレイ132内に落とす。プリント媒体取り扱いシステム126は、摺動長さ調節アーム134および封筒送りスロット135等、レターサイズ、リーガルサイズ、A4サイズ、封筒等を含む異なるサイズのプリント媒体に対応する、一連の調節機構を含んでもよい。
【0027】
図7のプリンタは更に、マイクロプロセッサとして概略的に示す、シャシの垂直パネル122aの後ろ側に支持されたプリント回路基板139上に配置されたプリンタ制御装置136を備える。プリンタ制御装置136は、パーソナルコンピュータ等のホスト装置(図示せず)から命令を受け取って、プリンタの動作を制御する。制御するプリンタの動作は、プリントゾーン125を通るプリント媒体の前進、プリントキャリッジ140の動き、およびインク滴発生器40への信号の印加等である。
【0028】
プリントキャリッジの摺動ロッド138は、長手方向の軸がキャリッジ走査軸に平行であり、シャシ122に支持されており、プリントキャリッジ140をサイジング可能に(sizeably)支持して、往復運動するように横断して動く、すなわちキャリッジ走査軸に沿って走査できるようにする。プリントキャリッジ140は、第1および第2の取り外し可能なインクジェットのプリントヘッドのカートリッジ150、152(それぞれ、「ペン」、「プリントカートリッジ」、または「カートリッジ」と呼ぶことがある)を支持する。プリントカートリッジ150、152はそれぞれ、略下向きのノズルを有するプリントヘッド154、156を備える。ノズルは、インクを略下向きに、プリント媒体のうちのプリントゾーン125内にある部分の上に噴出する。プリントカートリッジ150、152は、より詳細には、クランプレバー、ラッチ部材、またはふた170、172を備えた、ラッチ機構によって、プリントキャリッジ140内にクランプされている。
【0029】
適切なプリントキャリッジの1例は、それを参照することによって本明細書に組み込まれる、本願の出願人に譲渡されている、代理人整理番号第10941036号である1996年11月26日出願の米国特許出願番号第08/757,009号のHarmon等において、開示されている。
【0030】
参考のために、プリント媒体は、媒体軸に沿ってプリントゾーン125を通って前進する。媒体軸は、カートリッジ150、152のノズルが横切るプリント媒体の部分の接線に平行である。図7に示すように、媒体軸とキャリッジ軸とが同一平面上に配置されている場合には、両者は互いに垂直である。
【0031】
プリントキャリッジの後ろの非回転機構は、例えばシャシ122の垂直パネル122aと一体的に形成されている水平方向に配置された非枢転バー185とかみ合って、プリントキャリッジ140が摺動ロッド138を中心にして前方へ枢転しないようにしている。
【0032】
1例として、プリントカートリッジ150はモノクロのプリントカートリッジであり、プリントカートリッジ152は、本明細書の開示内容に従ったプリントヘッドを用いる、3色のプリントカートリッジである。
【0033】
プリントキャリッジ140は、従来技術の方法で駆動することのできる無端ベルト158によって、摺動ロッド138に沿って駆動される。直線状のエンコーダの細長片159を利用して、例えば従来技術に従って、キャリッジ走査軸に沿ったプリントキャリッジ140の位置を検出する。
【0034】
本発明の具体的な実施形態を説明し例示したが、当業者であれば、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な変形および変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を用いるインクジェットのプリントヘッドのレイアウトの概略平面図である。
【図2】 図1のインクジェットのプリントヘッドの、一部を破断して示す概略斜視図である。
【図3】 正確な縮尺率で描いたものではない、図1のインクジェットのプリントヘッドの概略部分平面図である。
【図4】 正確な縮尺率で描いたものではない、本発明を用いる他のインクジェットのプリントヘッドの概略部分平面図である。
【図5】 正確な縮尺率で描いたものではない、接着接触領域を示す、図1のインクジェットのプリントヘッドの薄膜基礎構造の概略底面図である。
【図6】 正確な縮尺率で描いたものではない、図1または図3のインクジェットのプリントヘッドを取り付けることができる岬領域を含む、プリントカートリッジの概略斜視図である。
【図7】 正確な縮尺率で描いたものではない、本発明のプリントヘッドを用いたプリンタの概略斜視図である。
【符号の説明】
11 薄膜基礎構造(プリントヘッド基板)
12 インクバリア層
13 オリフィス板(オリフィス層、ノズル板)
51 縁(プリントヘッド基板の縁)
61 外側寄りのインク滴発生器グループ(第1の複数のインク滴発生器)
62 中央寄りのインク滴発生器グループ(第2の複数のインク滴発生器)
63 中央寄りのインク滴発生器グループ(第3の複数のインク滴発生器)
72 インク供給スロット
Claims (1)
- 基板(11)、複数の薄膜層、インクバリア層(12)およびオリフィス層(13)で形成されたプリントヘッド構造と、
該プリントヘッド構造内に設けられ、基準軸(L)に沿った第1の所定の中心間距離(P1)を有する、インク滴発生器の第1グループ(61)および第2グループ(64)と、
第1グループ(61)と第2グループ(64)との間において、前記プリントヘッド構造内に設けられ、基準軸(L)に沿った、前記の中心間距離(P1)よりも大きい第2の中心間距離(P2)を有する、インク滴発生器の第3グループ(62)および第4グループ(63)とを含み、
第1グループ(61)のインク滴発生器は、基板(11)の縁(51)に隣接し、第2グループ(64)のインク滴発生器は、縁(52)に隣接しており、
基準軸(L)に整列するインク供給スロット(72)を更に含み、第3グループ(62)のインク滴発生器は、インク供給スロット(72)の一方の側にあり、第4グループ(63)のインク滴発生器は、インク供給スロット(72)の他方の側に配置され、
第3グループ(62)のインク滴発生器と、第4グループ(63)のインク滴発生器とを基準軸(L)に沿って互い違いに配置し、
基準軸(L)に整列するインク供給スロット(71、73)を更に含み、第1グループ(61)のインク滴発生器が、インク供給スロット(71)の一方の側にあり、第2グループ(64)のインク滴発生器が、インク供給スロット(73)の他方の側にあるようにした、インクジェットプリント装置。
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